集成电路设计4.2互连问题(9章)
集成电路互连技术
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1.2 集成电路对互连金属材料的要求
具有较小的电阻率 易于沉积和刻蚀 具有良好的抗电迁移特性
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1.3 电迁移现象：
电迁移现象 是集成电路制造 中需要努力解决 的一个问题。特 别是当集成度增 加，互连线条变 窄时，这个问题 更为突出。
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2、早期和目前应用最为广泛的 互连技术
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2.1 早期互连技术----铝互连
在铝中加入硅饱和溶解度所需要的足量硅，形成Al-Si 合金，避免硅向铝中扩散，从而杜绝尖楔现象。
铝-掺杂多晶硅双层金属化结构 掺杂多晶硅主要起隔离作用。 铝-阻挡层结构
在铝与硅之间淀积一薄层金属，阻止铝与硅之间的作 用，从而限制Al尖楔问题。一般将这层金属称为阻挡层。
采用新的互连金属材料
解决Al/Si接触问题最有效的方法。
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3.2 碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中空 的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都是一 个C原子通过sp2杂化与旁边另外3个C原子结合在一起形成 六边形平面组成的圆柱。
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3.3 碳纳米管的导电机制
碳纳米管的电子平均自由程约为1.6μm（室温下金属Cu的 电子平均自由程约为45nm ），如果碳纳米管长度小于这 个值，那么电子在碳纳米管中传输就可能为弹道输运，此 时碳纳米管的电阻跟管的长度无关 。
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2.4 铝互连的不足（二）：电迁移现象
电迁移现象的本质 是导体原子与通过该导 体电子流之间存在相互 作用，当一个铝金属粒 子被激发处于晶体点阵 电位分布的谷顶的时候， 它将受到两个方向相反 的作用力： （1）静电作用力， （2）“电子风”作用 力，
集成电路设计中的多层互连技术研究
集成电路设计中的多层互连技术研究集成电路这玩意儿，在咱们如今的生活里那可是无处不在！从手机到电脑，从汽车到飞机，到处都有它的身影。
今天咱就来聊聊集成电路设计里的多层互连技术。
你知道吗？我有一次参加一个科技展览，看到了一块被拆解开来的集成电路板。
那密密麻麻的线路和微小的元件，就像一座微型的城市，每一条线路都是一条街道，每一个元件都是一座建筑。
而这其中的多层互连技术，就像是城市里复杂的交通网络，把各个部分紧密地连接在一起。
咱们先来说说为啥要有多层互连技术。
想象一下，如果集成电路里的线路都在一个平面上，那得多拥挤啊！就像一个狭窄的小胡同，人来人往，挤得不行。
所以多层互连技术就像是给线路们建了高楼大厦，让它们可以分层布局，互不干扰，大大提高了电路的集成度和性能。
多层互连技术里的材料选择也很有讲究。
比如说铜，它的导电性能那是相当不错，就像是高速公路一样，能让电信号快速通过。
但是铜也有它的“小脾气”，它容易扩散，这可不好办。
于是科学家们就得想办法，给它穿上一层“防护服”，来解决这个问题。
再说说多层互连中的绝缘层。
这绝缘层就像是线路之间的“隔离带”，把它们分隔得清清楚楚，不让它们“串门”，避免短路。
而且这“隔离带”还得足够结实，能经受住各种考验。
在多层互连技术的制造过程中，那可是跟绣花一样精细。
光刻技术就像是一把超级精确的剪刀，把线路的形状一点一点地剪出来。
而刻蚀技术呢，则像是一个细心的工匠，把不需要的部分一点点地挖掉。
每一个步骤都得小心翼翼，稍有差错，整个芯片可能就报废了。
还有啊，多层互连技术还得考虑散热的问题。
芯片工作的时候会产生热量，如果热量散不出去，那可就麻烦了。
这就好比人在大热天里，如果不能及时散热，就会中暑一样。
所以得设计好散热通道，让热量能够快速跑掉。
另外，多层互连技术还在不断地发展和创新。
新的材料、新的工艺不断涌现，就像是一场永不停歇的竞赛。
科研人员们都在努力，想让集成电路变得更小、更快、更强大。
集成电路设计与制造技术作业指导书
集成电路设计与制造技术作业指导书第1章集成电路设计基础 (3)1.1 集成电路概述 (3)1.1.1 集成电路的定义与分类 (3)1.1.2 集成电路的发展历程 (3)1.2 集成电路设计流程 (4)1.2.1 设计需求分析 (4)1.2.2 设计方案制定 (4)1.2.3 电路设计与仿真 (4)1.2.4 布局与布线 (4)1.2.5 版图绘制与验证 (4)1.2.6 生产与测试 (4)1.3 设计规范与工艺限制 (4)1.3.1 设计规范 (4)1.3.2 工艺限制 (4)第2章基本晶体管与MOSFET理论 (5)2.1 双极型晶体管 (5)2.1.1 结构与工作原理 (5)2.1.2 基本特性 (5)2.1.3 基本应用 (5)2.2 MOSFET晶体管 (5)2.2.1 结构与工作原理 (5)2.2.2 基本特性 (5)2.2.3 基本应用 (5)2.3 晶体管的小信号模型 (5)2.3.1 BJT小信号模型 (6)2.3.2 MOSFET小信号模型 (6)2.3.3 小信号模型的应用 (6)第3章数字集成电路设计 (6)3.1 逻辑门设计 (6)3.1.1 基本逻辑门 (6)3.1.2 复合逻辑门 (6)3.1.3 传输门 (6)3.2 组合逻辑电路设计 (6)3.2.1 组合逻辑电路概述 (6)3.2.2 编码器与译码器 (6)3.2.3 多路选择器与多路分配器 (6)3.2.4 算术逻辑单元（ALU） (7)3.3 时序逻辑电路设计 (7)3.3.1 时序逻辑电路概述 (7)3.3.2 触发器 (7)3.3.3 计数器 (7)3.3.5 数字时钟管理电路 (7)第4章集成电路模拟设计 (7)4.1 放大器设计 (7)4.1.1 放大器原理 (7)4.1.2 放大器电路拓扑 (7)4.1.3 放大器设计方法 (8)4.1.4 放大器设计实例 (8)4.2 滤波器设计 (8)4.2.1 滤波器原理 (8)4.2.2 滤波器电路拓扑 (8)4.2.3 滤波器设计方法 (8)4.2.4 滤波器设计实例 (8)4.3 模拟集成电路设计实例 (8)4.3.1 集成运算放大器设计 (8)4.3.2 集成电压比较器设计 (8)4.3.3 集成模拟开关设计 (8)4.3.4 集成模拟信号处理电路设计 (8)第5章集成电路制造工艺 (9)5.1 制造工艺概述 (9)5.2 光刻工艺 (9)5.3 蚀刻工艺与清洗技术 (9)第6章硅衬底制备技术 (10)6.1 硅材料的制备 (10)6.1.1 硅的提取与净化 (10)6.1.2 高纯硅的制备 (10)6.2 外延生长技术 (10)6.2.1 外延生长原理 (10)6.2.2 外延生长设备与工艺 (10)6.2.3 外延生长硅衬底的应用 (10)6.3 硅片加工技术 (10)6.3.1 硅片切割技术 (10)6.3.2 硅片研磨与抛光技术 (10)6.3.3 硅片清洗与检验 (10)6.3.4 硅片加工技术的发展趋势 (11)第7章集成电路中的互连技术 (11)7.1 金属互连 (11)7.1.1 金属互连的基本原理 (11)7.1.2 金属互连的制备工艺 (11)7.1.3 金属互连的功能评价 (11)7.2 多层互连技术 (11)7.2.1 多层互连的原理与结构 (11)7.2.2 多层互连的制备工艺 (11)7.2.3 多层互连技术的挑战与发展 (11)7.3.1 铜互连技术 (12)7.3.2 低电阻率金属互连技术 (12)7.3.3 低电阻互连技术的发展趋势 (12)第8章集成电路封装与测试 (12)8.1 封装技术概述 (12)8.1.1 封装技术发展 (12)8.1.2 封装技术分类 (12)8.2 常见封装类型 (12)8.2.1 DIP封装 (12)8.2.2 QFP封装 (13)8.2.3 BGA封装 (13)8.3 集成电路测试方法 (13)8.3.1 功能测试 (13)8.3.2 参数测试 (13)8.3.3 可靠性测试 (13)8.3.4 系统级测试 (13)第9章集成电路可靠性分析 (13)9.1 失效机制 (13)9.2 热可靠性分析 (14)9.3 电可靠性分析 (14)第10章集成电路发展趋势与展望 (14)10.1 先进工艺技术 (14)10.2 封装技术的创新与发展 (14)10.3 集成电路设计方法学的进展 (15)10.4 未来集成电路的发展趋势与挑战 (15)第1章集成电路设计基础1.1 集成电路概述1.1.1 集成电路的定义与分类集成电路（Integrated Circuit，IC）是指在一个半导体衬底上，采用一定的工艺技术，将一个或多个电子电路的组成部分集成在一起，以实现电子器件和电路的功能。
数字集成电路设计第4章互连线
4.1引言 • 确定并量化互连参数 • 介绍互连线的电路模型 • 导线的SPICE细节模型
现代工艺中的互连线
第4层铝
第3层铝 第2层铝 第1层铝
移去绝缘体后的互联线的微缩照片
以铜为CMOS工艺的互连材料
铜的电阻率比铝低
Intel 0.25 微米工艺互连线
5 层金属 Ti/Al - Cu/Ti/TiN Polysilicon dielectric
0.35 微米高性能 微处理器中的互连线
0.1 微米高性能 微处理器中的互连线
5 层铝导线
8 层铜导线
氧化绝缘层 钨塞 器件
低 k 绝缘层
铜塞 器件
4.2简介
当代最先进的工艺可以提供许多铝或铜以及至少一层多晶 ，甚至通常用来实现漏区和源区的重参杂n+和p+扩散层也 可以作为导线。 导线是一个复杂的几何形体，它能引起电容、电阻和电感 等寄生参数效应。
考虑性能时，电容的计算：
1。要用制造后的实际尺寸， 2。考虑延迟或动态功耗时， 一般用 最坏情况 （最大宽度W ，最薄介质）
3。考虑竞争情况时用最小宽度W 及最厚介质。
（二）互连线电阻
L R= HW
正比于长度L 反比于截面积A
Sheet Resistance 薄层电阻，方块电阻 R
L H
W
R1
R44 R1 R3 R4
共享路径电阻Rik：在源节点s 到节点k和节点i这两条路径共享 电阻
Ri 4 R1 R3
Rik R j ( R j [ path( s i ) path( s k )])
Elmore延时：假设这一网络的N个节点中的每一个都被放电 至地，并且在t=0时在节点s上加一个阶跃输入，于是，在节 点i处的Elmore延时为：
(完整版)集成电路设计复习题及解答
集成电路设计复习题绪论1．画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2．集成电路分类情况如何？集成电路设计1．层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次2．什么是集成电路设计？集成电路设计流程。
（三个设计步骤：系统功能设计逻辑和电路设计版图设计）3．模拟电路和数字电路设计各自的特点和流程4．版图验证和检查包括哪些内容？如何实现？5．版图设计规则的概念，主要内容以及表示方法。
为什么需要指定版图设计规则？6．集成电路设计方法分类？（全定制、半定制、PLD）7．标准单元/门阵列的概念，优点/缺点，设计流程8．PLD设计方法的特点，FPGA/CPLD的概念9．试述门阵列和标准单元设计方法的概念和它们之间的异同点。
10．标准单元库中的单元的主要描述形式有哪些？分别在IC设计的什么阶段应用？11．集成电路的可测性设计是指什么？Soc设计复习题1.什么是SoC？2.SoC设计的发展趋势及面临的挑战？3.SoC设计的特点?4.SoC设计与传统的ASIC设计最大的不同是什么？5.什么是软硬件协同设计？6.常用的可测性设计方法有哪些？7. IP的基本概念和IP分类8.什么是可综合RTL代码?9.么是同步电路，什么是异步电路，各有什么特点？10.逻辑综合的概念。
11.什么是触发器的建立时间（Setup Time），试画图进行说明。
12.什么是触发器的保持时间（Hold Time），试画图进行说明。
13. 什么是验证，什么是测试，两者有何区别？14.试画图简要说明扫描测试原理。
绪论1、 画出集成电路设计与制造的主要流程框架。
2、集成电路分类情况如何？集成电路设计1． 层次化、结构化设计概念，集成电路设计域和设计层次分层分级设计和模块化设计．将一个复杂的集成电路系统的设计问题分解为复杂性较低的设计级别，⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧按应用领域分类数字模拟混合电路非线性电路线性电路模拟电路时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路按功能分类GSI ULSI VLSI LSI MSI SSI 按规模分类薄膜混合集成电路厚膜混合集成电路混合集成电路B iCMOS B iMOS 型B iMOS CMOS NMOS PMOS 型MOS双极型单片集成电路按结构分类集成电路这个级别可以再分解到复杂性更低的设计级别；这样的分解一直继续到使最终的设计级别的复杂性足够低，也就是说，能相当容易地由这一级设计出的单元逐级组织起复杂的系统。
《集成电路设计(第2版)》习题答案1-5章
CH3
1． 写出晶体外延的意义，列出三种外延生长方法，并比较各自的优缺点。 意义：用同质材料形成具有不同掺杂种类及浓度而具有不同性能的晶体层。外延方法: 液态生长，气相外延生长，金属有机物气相外延生长 2．写出掩膜在 IC 制造过程中的作用，比较整版掩膜和单片掩膜的区别，列举三种掩膜的制 造方法。P28,29 3．写出光刻的作用，光刻有哪两种曝光方式？ 作用： 把掩膜上的图形转换成晶圆上的器 件结构。曝光方式有接触与非接触两种。 4．X 射线制版和直接电子束直写技术替代光刻技术有什么优缺点？ X 射线（X-ray）具有比可见光短得多的波长，可用来制作更高分辨率的掩膜版。电子
影响，界面势阱的影响 6． 什么是 MOS 器件的体效应？ 由于衬底与源端未连接在一起，而引起的阈值电压的变化叫做体效应。 7． 说明 L、W 对 MOSFET 的速度、功耗、驱动能力的影响。 P70，71 8． MOSFET 按比例收缩后对器件特性有什么影响?
I DS
不变，器件占用面积减少，提高电路集成度，减少功耗
CH1
1． 按规模划分，集成电路的发展已经经历了哪几代？它的发展遵循了一条业界著名的定 律，请说出是什么定律？ 晶体管-分立元件-SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC。MOORE 定律 2． 什么是无生产线集成电路设计？列出无生产线集成电路设计的特点和环境。 拥有设计人才和技术，但不拥有生产线。特点：电路设计，工艺制造，封装分立运行。 环境：IC 产业生产能力剩余，人们需要更多的功能芯片设计 3． 多项目晶圆（MPW）技术的特点是什么？对发展集成电路设计有什么意义？ MPW：把几到几十种工艺上兼容的芯片拼装到一个宏芯片上，然后以步行的方式排列 到一到多个晶圆上。意义：降低成本。 4． 集成电路设计需要哪四个方面的知识？ 系统，电路，工具，工艺方面的知识
集成电路互连技术
Cu互连面临的挑战
✓ 铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高扩散率将破坏器件的 性能。可淀积一层阻挡层金属，作用是阻止上下层的材料互相混合。
阻挡层金属 铜
➢ 铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭薄膜的作用是加固附着并有效 地阻止扩散。
Cu互连面临的挑战
✓ 钽作为铜阻挡层金属：对于铜互连冶金术来说，钽、氮化钽和钽化硅 都是阻挡层金属的待选材料，阻挡层厚度必须很薄(约75Å)，以致它不 影响具有高深宽比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。
Cu互连面临的挑战
✓ 目前IC芯片内的互连线主要是铜材料，与原来的 铝互连线相比，铜在电导率和电流密度方面有了 很大的改进。但是，随着芯片内部器件密度越来 越大，要求互连线的线宽越来越小，铜互连的主 导地位也面临着严峻的考验。当芯片发展到一定 尺寸，在芯片内以铜作为互连线就会遇到一系列 问题。
Cu互连面临的挑战
倍的通路电阻。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
其他互连技术——碳纳米管互连
✓ 碳纳米管（Carbon Nanotubes）于1991年发现以来, 就一直 是纳米科学领域的研究热点。
✓ 由于其超高电流密度承载能力的特性（碳纳米管上可以 通过高达1010A/cm2的电流 ），引起了集成电路器件制造领 域专家的关注。
Contents
集成电路互连技术简介 早期互连技术——铝互连 目前应用最广泛的互连技术——铜互连 其他互连技术——碳纳米管互连
目前应用最广泛的互连技术——铜互连
IBM利用亚0.25μm技术制备的 6层Cu互连表面结构的SEM图
✓ 金属铜的电阻率小于2.0μΩ·cm，使用金属铜取代传 统的金属铝，可以极大地降低互连线的电阻。 较低的电阻率可以减小引线的宽度和厚度，从而减
超大规律集成电路互连线分析与综合
超大规律集成电路互连线分析与综合-tｘｔ免费下载｜在线阅读｜全集|电子书关键字：分析，综合,集成电路，规律,超大，模型，连线，器件，分量,本更新。
基本信息·出版社：出版社·页码：２94页·出版日期：２008年0４月·ISＢN：7302０215７3２8·条形码:９78７３0２１57328·版本:第1版·装帧：平装·开本:１6·正文语种：中文内容简介本书将对ＶLSI互连线的当前问题提供面向物理设计的全面论述。
特别值得注意的一点是，本书同时包括了互连线分析和综合两方面内容。
在现代ＶLSI系统中,互连线的重要性日益增加，相关的研究近年来也逐渐成熟,因此我们觉得现在正是需要这样一本书的时候。
我们希望通过本书，对这个研究领域提出独特的、而且是及时的观点和展望。
目录第1章引言11.1概述11．2本书的结构21。
2。
1建模和分析21。
2.2综合3第２章互连线模型５2．1工艺趋势52.２器件和互连线的尺寸缩小62.2。
1时序82.２．２噪声92。
2。
3功耗１02.2.4可靠性11２.3互连线模型１12.3。
1电阻元件1２２．３。
2电容元件122。
3。
3电感元件13２．3．4RC模型1４2．３．5ＲLＣ模型17２.4电容耦合的影响23２。
4.1阶跃输入的输出响应25２。
4．2斜坡输入的输出响应302.5电感耦合的影响312.６传输线模型３52.７功耗362。
８互连线的可靠性3６３9第3章器件模型413。
1引言413.2器件的？I-V？特性413。
3器件模型的一般形式4３3.4器件模型的显式表达式44３。
5使用查找表描述的器件模型453。
6等效电容模型4851目录超大规模集成电路互连线分析与综合第4章互连分析5３４。
１引言534.2时域分析544。
2。
１RＬC网络分析5４４．2。
2RC网络分析５74。
２。
３矩阵的性质584。
2.4时域响应５８4。
《集成电路设计》课件
掺杂与刻蚀
在晶圆表面进行掺杂和刻蚀， 形成电路元件和互连结构。
晶圆制备
将高纯度硅晶棒进行切片，得 到晶圆片，作为集成电路制造 的基础材料。
图案转移
将设计好的电路图案通过光刻 技术转移到晶圆表面，形成电 路图形。
金属化与封装
在晶圆表面沉积金属，形成电 路的互连线路，并将单个芯片 封装成最终的产品。
集成电路工艺材料
详细描述
数字集成电路设计案例通常包括门电路设计、触发器设计、寄存器设计等，这些基本单元是构成复杂数字系统的 基石。此外，数字系统级的设计案例包括微处理器、微控制器、数字信号处理器等，这些系统级芯片广泛应用于 计算机、通信、控制等领域。
模拟集成电路设计案例
总结词
模拟集成电路设计案例主要涉及放大器、滤波器、比较器等模拟电路单元的设计，以及模拟系统级的 设计。
电视、音响、游戏机 等。
工业控制
PLC、DCS、机器人 等。
汽车电子
发动机控制、ABS、 ESP等。
02
集成电路设计基础
集成电路设计流程
需求分析
对产品需求进行调研，明确设计目标、性能 指标和限制条件。
规格制定
根据需求分析结果，制定出具体的规格说明书 ，包括芯片功能、性能参数等。
架构设计
根据规格说明书，设计出芯片的总体结构，包括 各个模块的组成和相互关系。
电路仿真工具
用于模拟电路的行为和性能， 常用的有ModelSim和 Matlab Simulink。
物理设计工具
用于将电路设计转换为版图， 常用的有Cadence和 Synopsys。
测试工具
用于测试芯片的性能和功能， 常用的有JTAG和Boundary Scan。
《集成电路设计(第2版)》习题答案10-12章
图10.40 反相器链驱动结构 4．列出CMOS存储器的分类和各自的特点。 分类： 半导体存储器按数据存取方式的不同可分为随机存储器 （RAM） 和只读存储器 （ROM） . 基 于单个数据存储单元的工作原理，RAM 主要分为两大类：动态存储器(DRAM)和静态存储器 (SRAM)。 而在ROM中根据数据存储(写入数据)方式的不同， 可分为掩膜ROM 和可编ROM(PROM)。 可编程ROM 又可进一步分为熔丝型ROM、 可擦除PROM(EPROM)、 电可擦除PROM(EEPROM)和闪存 （Flash），下图概括了存储器的分类。
集成电路互连技术
本校对CNT研 碳纳米管互连线电特性的研究【分析了单 壁碳纳米管互连线的电特性。 壁碳纳米管互连线的电特性。并在此基础 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 上分析了多壁碳纳米管互连线的电特性。 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型， 建立了多壁碳纳米管的等效电路模型，分 析了与单壁碳纳米管的不同之处 】 低温制备集成电路互连高密度碳纳米管的 研究 【在600℃-700℃之间成功生长出了高 ℃ ℃ 密度定向好的CNT】 密度定向好的 】
目前CNT的发展现状 目前 的发展现状
日本： 互连技术； 日本： 1000根CNTs的Via互连技术； 根 的 互连技术 美国：定向生长CNT，填充 美国：定向生长 ，填充SiO2并进行抛光实现 并进行抛光实现 的互连； 了CNTs的互连； 的互连 德国： 单根多壁CNT互连； 互连； 德国：20-60nm单根多壁 单根多壁 互连 法国：单根40nm多壁 多壁CNT互连，特征电阻为 互连， 法国：单根 多壁 互连 30K ； 国内：研究集中在CNT互连模拟领域， CNT互连 互连模拟领域， 国内：研究集中在 互连模拟领域 互连 研究处于起步阶段。 研究处于起步阶段。
微电子学与固体电子学 任 君
集成电路互连技术简介 早期互连技术： 早期互连技术：铝互连 目前应用最广泛的互连技术：铜互连 目前应用最广泛的互连技术： 下一代互联材料与互连技术： 下一代互联材料与互连技术：碳纳米管互连
集成电路互连技术简介
所谓的集成电路 互连技术， 互连技术，就是 将同一芯片内各 个独立的元器件 通过一定的方式， 通过一定的方式， 连接成具有一定 功能的电路模块 的技术。 的技术。
碳纳米管的结构
碳纳米管是由单层或多层石墨片按一定形式卷曲形成的中 空的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。 空的无缝圆柱结构，是一种石墨晶体。碳纳米管的每层都 是一个C原子通过 原子通过sp2杂化与旁边另外 个C原子结合在一 杂化与旁边另外3个 原子结合在一 是一个 原子通过 杂化与旁边另外 起形成六边形平面组成的圆柱。 起形成六边形平面组成的圆柱。
数字集成电路——电路、系统与设计
数字集成电路——电路、系统与设计目录第一部分基本单元第1章引论1.1 历史回顾1.2 数字集成电路设计中的问题1.3 数字设计的质量评价1.4 小结1.5 进一步探讨第2章制造工艺2.1 引言2.2 CMOS集成电路的制造2.3 设计规则——设计者和工艺工程师之间的桥梁2.4 集成电路封装2.5 综述：工艺技术的发展趋势2.6 小结2.7 进一步探讨设计方法插入说明A——IC版图第3章器件3.1 引言3.2 二极管3.3 MOS（FET）晶体管3.4 关于工艺偏差3.5 综述：工艺尺寸缩小3.6 小结3.7 进一步探讨设计方法插入说明B——电路模拟第4章导线4.1 引言4.2 简介4.3 互连参数——电容、电阻和电感4.4 导线模型4.5 导线的SPICE模型4.6 小结4.7 进一步探讨第二部分电路设计第5章CMOS反相器5.1 引言5.2 静态CMOS反相器——直观综述5.3 CMOS反相器稳定性的评估——静态特性5.4 CMOS反相器的性能——动态特性5.5 功耗、能量和能量延时5.6 综述：工艺尺寸缩小及其对反相器衡量指标的影响5.7 小结本文由整理提供5.8 进一步探讨第6章CMOS组合逻辑门的设计6.1 引言6.2 静态CMOS设计6.3 动态CMOS设计6.4 设计综述6.5 小结6.6 进一步探讨设计方法插入说明C——如何模拟复杂的逻辑电路设计方法插入说明D——复合门的版图技术第7章时序逻辑电路设计7.1 引言7.2 静态锁存器和寄存器7.3 动态锁存器和寄存器7.4 其他寄存器类型7.5 流水线：优化时序电路的一种方法7.6 非双稳时序电路7.7 综述：时钟策略的选择7.8 小结7.9 进一步探讨第三部分系统设计第8章数字IC的实现策略8.1 引言8.2 从定制到半定制以及结构化阵列的设计方法8.3 定制电路设计8.4 以单元为基础的设计方法8.5 以阵列为基础的实现方法8.6 综述：未来的实现平台8.7 小结8.8 进一步探讨设计方法插入说明E——逻辑单元和时序单元的特性描述设计方法插入说明F——设计综合第9章互连问题9.1 引言9.2 电容寄生效应9.3 电阻寄生效应9.4 电感寄生效应9.5 高级互连技术9.6 综述：片上网络9.7 小结9.8 进一步探讨第10章数字电路中的时序问题10.1 引言10.2 数字系统的时序分类本文由整理提供10.3 同步设计——一个深入的考察10.4 自定时电路设计10.5 同步器和判断器10.6 采用锁相环进行时钟综合和同步10.7 综述：未来方向和展望10.8 小结10.9 进一步探讨设计方法插入说明G——设计验证第11章设计运算功能块11.1 引言11.2 数字处理器结构中的数据通路11.3 加法器11.4 乘法器11.5 移位器11.6 其他运算器11.7 数据通路结构中对功耗和速度的综合考虑11.8 综述：设计中的综合考虑11.9 小结11.10进一步探讨第12章存储器和阵列结构设计12.1 引言12.2 存储器内核12.3 存储器外围电路12.4 存储器的可靠性及成品率12.5 存储器中的功耗12.6 存储器设计的实例研究12.7 综述：半导体存储器的发展趋势与进展12.8 小结12.9 进一步探讨设计方法插入说明H——制造电路的验证和测试本文由整理提供。
微电子第四章 集成电路设计ppt课件
4.1.2电阻器
从阻(4.值2)提式高可，句这，就假是设用，沟x j 道越电小阻，(可夹以层使电方阻块)制电造阻大的
胆值的电阻器的根本思想。沟道电阻是利用两层 分散层之间的沟道来构成电阻器。图4.5为基区沟 道电阻与外延层沟道电阻器的制造原理与平面幅 员构造。
4.1.2电阻器
从图中可知，沟道电阻的大小不仅依赖于 本分散层的电阻率，而且还依赖于两层分 散层之间的深度。由于分散结深难以准确 控制，故沟道电阻的阻值也不易准确控制。 因此在选用电阻类型时，一定要留意电阻 对电路特性的敏感程度。精度要求高的电 阻不能用沟道电阻来实现。表4.1为常用的 几种分散方块电阻和沟道方块电阻的大小、 制造精度及温度系数。表中 106 /C 表示温度 每升高一度时引起电阻值有百万分之一的 变化。
大值时后，I，W max就小可；根R据小电时路，中IW电max
W max
阻的任务电流来确定电阻条的最小宽度W
WR min
I IW max
R
m
i
n
表4.2给出了不同 R 所对应的 IW max 值。该当指
出，在数字集成电路中，由于是脉冲任务，
因此表4.2中给出的单位电阻条宽的最大任
务电流尚有较大的余量。
4.1.3 集成电路中的电阻模型
由于集成电路中的电阻是由各分散层构成的，所以除了电阻 本身的特性之外，还有一些反偏的PN结特性．这样会带 来附加的电阻和电容，这些参数称为寄生参数。例如一个 根本分散电阻可以等效为图4.6的总体模型。图中的N端接 电路的最高电位，其目的是防止电阻器的PN结正偏因此 导致电阻器失效，s是衬底。由于基区PN结总是反偏 的．那么可将图(a)等效为图 (b)这样的三个反偏二极管构 造，从而又得到图(c)的等效模型。图(c)是一个分布参数 等效为集中参数的等效模型。
《集成电路设计(第2版)》习题答案10-12章
第11章
1. 简述VLSI 设计的一般流程和涉及的问题。 典型的设计流程被划分成三个综合阶段：高层综合、逻辑综合和物理综合。 高层综合也称行为级综合， 它是将系统的行为、 各个组成部分的功能及输入和输出， 用硬件描述语言HDL（如VHDL和Verilog）加以描述，然后进行行为级综合，同时通过高 层次硬件仿真进行验证。 逻辑综合将逻辑级行为描述转化成使用门级单元的结构描述（门级结构描述称为网 表描述），同时还要进行门级逻辑仿真和测试综合。 物理综合也称版图综合，它的任务是将门级网表自动转化成版图。这时对每个单元 确定其几何形状、大小及位置，确定单元间的连接关系。
特点： （1）RAM随机存储器又称为读写存储器，可以“随时”进行读、写操作。RAM必须保持供 电，否则其保存的信息将消失。 DRAM: DRAM单元数据必须周期性地进行读出和重写(刷新)，即使存储阵列中没有存储 数据也要如此。由于DRAM 成本低、密度高，因此在PC、大型计算机和工作站中广泛用做主 存储器。 SRAM：SRAM只要不掉电，即使不刷新，数据也不会丢失。由于SARM存取速度高、功耗 低，因此主要作为微处理器、大型机、工作站以及许多便携设备的高速缓冲存储器。 （2） ROM只读存储器在正常运行中只能够对已存储的内容进行读取， 而不允许对存储 的数据进行修改。ROM存储器数据不易丢失，即使在掉电和不刷新的情况下，所存数据也会 保存完好。 掩膜ROM的数据在芯片生产时用光电掩膜写入，其电路简单，集成度高，大批量生产 时价格便宜。 在可编程ROM中， 熔丝型ROM中的数据是通过外加电流把所选熔丝烧断而写入的， 一旦写入后数据就不能再进行擦除和修改。 而EPROM、 EEPROM 中的数据分别可以通过紫外光 照射擦除和电擦除，然后重新写入。闪存(flash)与EEPROM 很相似，它所保存的数据也可通 过外加高电压来擦除，其写入速度比EEPROM更快。
集成电路互连技术研究考核试卷
B.信号反射
C.信号衰减
D.串扰
13.以下哪些方法可以用于减小互连线的电阻？（）
A.增加互连线的宽度
B.减小互连线的长度
C.使用高电导率的材料
D.增加互连线的间距
14.以下哪些是集成电路互连技术中用于降低功耗的方法？（）
A.使用低电压的信号传输
B.减小互连线的电容
C.减小互连线的电感
D.优化信号的编码方式
4.以下哪种方法可以减小互连线的电阻？（）
A.减小互连线的长度
B.增加互连线的宽度
C.减小互连线的宽度
D.增加互连线的长度
5.以下哪个参数可以反映互连线的传输延迟？（）
A.电阻
B.电容
C.电感
D.传输线延迟
6.关于集成电路互连技术的描述，以下哪项是正确的？（）
A.互连技术仅关注信号的速度
B.互连技术仅关注信号的功耗
4.针对未来集成电路互连技术的发展趋势，请提出你认为将会有哪些新的技术挑战，并讨论可能的解决方案。
标准答案
一、单项选择题
1. A
2. D
3. B
4. A
5. D
6. C
7. B
8. D
9. A
10. C
11. C
12. D
13. A
14. C
15. A
16. A
17. C
18. D
19. B
20. C
A.电容效应
B.电感效应
C.电阻效应
D.热效应
4.以下哪些方法可以减小互连线的电感？（）
A.减小互连线的长度
B.增加互连线的宽度
C.使用蛇形走线
D.增加互连线的间距
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•
(4)
优化互连线延时（RC）
插入中继器（repeater）
R、C：导线总电阻和总电容 Rd、Cd：最小尺寸中继器的电阻和输入电容 γ：输出电容和输入电容之比 s：中继器的尺寸系数 Rd/s为中继器的电阻 sCd为中继器的输入电容 s γ Cd为中继器的输出电容
一、电容寄生效应
1. 浮空线
• • CY：线Y至地的电容 CXY：线X与Y之间的耦合电容 设节点X处的电压发生一个等于ΔVX的阶跃变化，则
C XY ΔVY = ΔVX CY + C XY
图9.1
• •
易受到电容串扰的电路 电平恢复器件 动态电路 低摆幅电路， 特别是在全摆幅导线附件的低摆幅预充电电路
• 优化互连结构
导线流水线：通过在互连线中插入寄存器或锁存 器把导线分成若干段，以提高导线的数据处理 量。
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
22
黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹 7
集成电路专业
3. 克服电容串扰的方法
• 在满足时序要求情况下尽可能加长上升（下 降）时间，以减少它对邻近导线的影响，但这 有可能加大短路功耗。 采用差分信号传输，并将差分信号线“绞合” （twisted），使串扰信号变为共模噪声源。
第9章
互连问题
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集成电路专业
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1
互连线引起的寄生效应
• 电容的寄生效应 • 电阻的寄生效应 • 电感的寄生效应 影响信号的完整性并降低电路性能
2008级 集成电路专业 黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹 2
节点Y的负载总电容CL的范围是：CGND≤CL≤CGND+4CC
2008级 集成电路专业 黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹 10
•例9.2
串扰对性能的影响
N位总线（平行排列，间距相等，长度为L）， 第k条导线的延时：
t p ,k = gCW (0.38 RW + 0.69 RD ), CW = cw L, RW = rw L RD 驱动等效电阻， g修正系数
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《数字集成电路设计》
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17
•
优化互连线延时（RC）
(4) 插入中继器 （repeater）
假设缓冲器为固定延时=tpbuf （即与缓冲器的尺寸无关）时，
t p ,opt = 2 t p , wire (unbuffered )t pbuf 计算过于乐观！
《数字集成电路设计》
卜 丹
12
三、电阻寄生效应
• 电流流经一条有电阻的导线时会导致欧姆电压 降，从而降低了信号电平。如图9.13 • 如果电源线上较长，而且电流较大时，产生压 降，使得芯片不同位置上电源电压不一致。
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集成电路专业
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•
•
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集成电路专业
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9
二、电容和CMOS电路性能
• 受害线Y翻转方向与其 相邻信号X和Z相反，耦 合电容的电压摆幅是信 号摆幅的两倍，即等效 电容负载是Cc的两倍 • 如果所有输入都同时向 同一方向切换，则等效 电容负载的影响为零
《数字集成电路设计》
卜 丹
15
•
优化互连线延时（RC）
(1)选择更好的互连材料（铜和低介电常数的 绝缘层） (2)采用合理的驱动方式
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
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《数字集成电路设计》
卜 丹
16
•
(3)
优化互连线延时（RC）
采用45º角布线以缩短布线距离
2008级
集成电路专业
集成电路专业 黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹
解决串扰问题：
2008级
3
例9.1 线间电容和串扰
CY：动态节点Y的存储电容 （假设CY =6fF） CXY：反相器栅上的不相关金属线X与Y之间的耦合电容 CXY = 平行板电容+边缘电容=0.5fF（表4.2）
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
11
• 图9.6 密集型布线结构DWF
•最小线宽 •相邻层导线相互垂直 •同一层上的信号用VDD 或GND屏蔽 •优点： 消除串扰，减小延迟 •代价： 增加了面积和功耗
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
13
• 解决： 缩短电源引线端与电路的电源线端之 间的最大距离。
单层电源网络
2008级 集成电路专业
双层电源网络
黑龙江大学 2010-2011学年第1学期
双层电源板
《数字集成电路设计》 卜 丹 14
• 复杂数字电路中两种电源分布网络中模拟 的IR电压降
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
19
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
20
一般只有当连线长度超过临界长度的2倍时，插入缓冲 器减少连线延时的方法才有意义。
2008级 集成电路专业 黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹 21
C XY ΔVY = ΔVX = −0.19V CY + C XY
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
4
2. 被驱动线
时间常数：τXY= RY(CXY+CY)
解决措施：加保持晶体管，降低导线驱动阻抗
2008级 集成电路专业 黑龙江大学 2010-2011学年第1学期 《数字集成电路设计》 卜 丹 5
3. 克服电容串扰的方法
• 尽量避免浮空节点，增加保持器件以降低阻抗
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
Hale Waihona Puke 2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
6
3. 克服电容串扰的方法
• 合理布线，利用电源线和地线使敏感节点与全 摆幅信号隔离
(1) (2) (3)
2008级
在导线的一边布置电源线或地线 在导线的两边布置电源线或地线 将导线相间交叉使相邻导线在不同时间翻转
•
2008级
集成电路专业
黑龙江大学
2010-2011学年第1学期
《数字集成电路设计》
卜 丹
8
3. 克服电容串扰的方法
• 同一层的平行导线应当尽可能远离，必要时增加平行导 线的间距和宽度，以减少相邻导线间的串扰。相邻上下 层上的导线走向应当互相垂直。 必要时在两条信号线之间增加一条屏蔽线（GND 或 VDD），它可以有效地将线间电容转变为接地电容，从而 消除干扰，但可能因此增加电容负载。 在上下层信号之间增加额外的金属屏蔽层隔离，以进一 步减少上下层之间的线间电容。但因此增加了布线层 次。